МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
“ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
Кафедра Автоматизовані Системи Управління
Лабораторна робота № 1
з курсу:
Інтерфейси автоматизованих систем обробки
інформації та управління.
на тему:
“Паралельне відтворення декількох звукових файлів
на основі
Media Control Interface”
ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ
WAVE-форма звуку виходить при оцифровці, чи дискретизації, безупинної звукової хвилі (англ. wave – хвиля), точніше, аналогового аудіосигналу. При оцифровці спеціальний пристрій – аналого-цифровий перетворювач (АЦП) – вимірює амплітуду хвилі через рівні проміжки часу зі швидкістю кілька тисяч вимірів у секунду і запам'ятовує в Wave-файл обмірювані значення. Вони називаються вибірками (по англ. sample, відкіля ще одна назва дискретизації – сэмплінг).
Зворотне перетворення WAVE-форми звуку в аналоговий сигнал здійснюється цифро-аналоговим перетворювачем (ЦАП).
На мал. 1 показаний фрагмент запису, що містить тільки 50 вибірок
/
Мал. 1. фрагмент запису, що містить тільки 50 вибірок
WAVE-форма цифрового звуку характеризується п'ятьма параметрами:
Частотою дискретизації,
розрядністю вибірок,
числом каналів чи звукових доріжок,
алгоритмом компресії/декомпресії – кодеком,
форматом збереження.
Частота дискретизації
Кількість вибірок в секунду називається частотою дискретизації і виміряється в герцах і кілогерцах (1 кгц=1000 вибірок у сек.). Теоретично, для правильного відновлення аналогового сигналу по його цифровому записі досить, щоб частота дискретизації більш ніж у два рази перевершувала максимальну частоту звуку (теорема Котельнікова-Найквіста). Таким чином, для якісного відтворення найвищого чутного звуку 20 кгц необхідна частота дискретизації не менш 40 кгц. Стандарт CD-DA цифрових аудиодисков вимагає частоти дискретизації 44,1 кгц (так звана CD-якість). Використовуються також частоти 22,05 (радіо-якість) і 11,025 і 8 кгц (телефонна якість), дають у багатьох випадках задовільні результати.
Але при оцифровці звуку дискретизируются і високочастотні гармоніки з частотою, що перевищує половину частоти дискретизації (це високочастотний, нечутний шум). При цьому з'являються нові небажані гармоніки з чутного діапазону (низькочастотний шум, див. мал. 2).
/
Мал. 4. Низькочастотний шум
Тому для одержання якісного цифрового звуку процес дискретизації будується за наступною схемою [Симаненков]:
часткове придушення високочастотних перешкод в аналоговому сигналі за допомогою аналогового фільтра;
оверсемплінг – дискретизація з частотою, що значно перевищує необхідну (при цьому шум, що утвориться, лежить все ще в нечутному діапазоні);
придушення високочастотного шуму в цифровому звуці за допомогою цифрового фільтра;
перетворення до необхідної частоти дискретизації.
Оверсемплінг застосовується і при зворотному перетворенні в аналоговий сигнал. При цьому використовуються різні методи лінійної і нелінійної інтерполяції [Симаненков].
Компресія звуку
Позначимо
W – обсяг пам'яті в байтах для збереження 1 секунди звуку в WAVE-формі,
w – швидкість потоку звукових даних у WAVE-формі в біт/сек,
H – частоту дискретизації (число вибірок у секунду),
B – розрядність квантування (число розрядів на вибірку),
C – число каналів.
Тоді очевидно, що w = HBC і, якщо B кратне 8, W = w/8. Отже,
швидкість потоку дані CD-якості (H=44100, B=16, C=2) складає 1 411 200 біт/сек чи 1378,125 Кбіт/сек (така швидкість забезпечується тільки CD-дисководом з не менш, ніж 2-кратною швидкістю),
1 година звуку з якістю CD-DA зажадає 605,6 Мбайт (тому на аудіодиску міститься близько 70 хвилин незтиснутого звуку),
швидкість потоку даних телефонної якості (H=8000, B=8, C=1) складає 64 000 біт/сек чи 62,5 Кбіт/сек (така швидкість забезпечується далеко не кожним модемом, так що такий звук не може використовуватися в Інтернет-телефонії).
З метою зменшення обсягу і потоку звукових даних у WAVE-формі використовуються різні спеціальні алгоритми компресії/декомпресії (кодеки), тому що зв...
